無機(jī)合成化學(xué)5合成晶體

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1、第五章合成晶體主要內(nèi)容晶體概述晶體的形成合成晶體的方法與技術(shù)晶體生長設(shè)備1.晶體概述什么是晶體晶體的基本性質(zhì)晶體的分析人工晶體的分類晶體的應(yīng)用重要的晶體人工晶體的研究領(lǐng)域什么是晶體物質(zhì)是由原子、分子或離子組成的。當(dāng)這些微觀粒子在三維空間按一定的規(guī)則進(jìn)行排列，形成空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)時(shí)，就形成了晶體。因此，具有空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的固體就叫晶體。晶體又有單晶體和多晶體之分。單晶體就是由同一空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)貫穿晶體而成的；而多晶體卻沒有這種能貫穿整個(gè)晶體的結(jié)構(gòu)，它是由許多單晶體以隨機(jī)的取向結(jié)合起來的。晶體的基本性質(zhì)（通性）?自范性：自范性是指晶體

2、在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成幾何多面體的性質(zhì)。即晶面數(shù)+晶頂數(shù)=晶棱數(shù)+2?均一性：從同一方向觀察，該方向上的宏觀性質(zhì)與觀察的位置無關(guān)?各向異性：同一格子構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)排列一般是不一樣的，因此，晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異，這就是晶體的異向性。對稱性：在晶體的外形上，也常有相等的晶面、晶棱和角頂重復(fù)出現(xiàn)。這種相同的性質(zhì)在不同的方向或位置上作有規(guī)律地重復(fù)，就是對稱性。晶體的格子構(gòu)造本身就是質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的體現(xiàn)。最小內(nèi)能：在相同的熱力學(xué)條件下晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小。穩(wěn)定性：晶體由于有

3、最小內(nèi)能，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個(gè)相對穩(wěn)定的狀態(tài)。這就是晶體的穩(wěn)定性。晶體的分析1669N.Steno晶面角守恒定律1848A.Bravias晶體空間點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)1885Fedrov230空間群的推引1895W.C.RoentgenX射線1912M.vonLaueX射線衍射1914Bragg父子測定晶體結(jié)構(gòu)1927C.J.Davisson晶體對電子的衍射G.P.Thomson1931E.Ruska電子顯微鏡人工晶體的分類人工晶體的分類：人工晶體按照功能不同，可粗略分為半導(dǎo)體晶體，激光晶體，非線性光學(xué)晶體，光折變晶體，閃爍晶體，電光、

4、磁光、聲光調(diào)制晶體，壓電晶體，紅外探測晶體，光學(xué)晶體，雙折射晶體，寶石晶體與超硬晶體等十二類。晶體的應(yīng)用壓電晶體在外力作用下發(fā)生變形時(shí)，其表面產(chǎn)生電荷效應(yīng)的晶體?？芍瞥蓳Q能器、拾音器、振子以及傳感器。最初采用酒石酸鉀鈉一類水溶性晶體，現(xiàn)已被性能優(yōu)良的人工水晶、四硼酸鋰、鈮酸鋰、鉭酸鋰等取代。激光晶體已獲得有激光輸出的晶體有數(shù)百種以上，但真正成為激光工作物質(zhì)的主要是紅寶石、釔鋁石榴石，對激光晶體的研究主要是向波長可調(diào)諧、高效率和大功率（釔鎵石榴石系列）、多功能的方向發(fā)展。電光晶體在外加電場作用下折射率發(fā)生變化，從而使通過晶體

5、的一束激光分解為兩束偏振方向相互垂直的偏振光，并產(chǎn)生一根位差效應(yīng)的晶體．適用于激光的調(diào)制和偏振．常用的電光晶體有鈮酸鋰、鉭酸鋰以及磷酸二氫鉀（KDP）類晶體。聲光晶體具有聲光效應(yīng)的晶體．主要有二氧化碲和鉬酸鉛，適用于激光的偏振和調(diào)制。非線性光學(xué)晶體組成晶體的原子因外層電子在光作用下偏離其平衡位置而發(fā)生極化，常用的有磷酸二氫鉀類晶體、鈮酸鋰、鈮酸鉀以及偏硼酸鋇、三硼酸鋰晶體。光折變晶體在光作用下可引起折射率變化的晶體，主要有鈦酸鋇、硅酸鉍、鈮酸鋰、鈮酸鋇鈉等。熱釋電晶體在外界溫度變化時(shí)由其自發(fā)極化引起表面電荷效應(yīng)的晶體，可用

6、于制備熱釋電探測器，主要有鈮酸鋰、鉭酸鋰等閃爍晶體具有閃爍效應(yīng)的晶體．廣泛用于測量核輻射能量，20世紀(jì)80年代中，用坩堝下降法生長的大尺寸鍺酸鉍晶體，取代摻鉈的碘化鈉晶體，成為性能最佳的閃爍晶體，其他如氟化鋇、氟化鈰、氟化鉛等正在研制中。磁光晶體具有較大的純法拉第效應(yīng)，對使用波長的吸收系數(shù)低，磁化強(qiáng)度和磁導(dǎo)率高，用于制作光隔離器、光非互易元件、磁光存儲(chǔ)器及磁光調(diào)制器等。重要的晶體激光晶體吸收足夠的能量之后能發(fā)出一種特殊的強(qiáng)光-“激光”，這種晶體叫做激光晶體。首先用高壓氙燈的強(qiáng)光照射紅寶石使紅寶石的原子(藍(lán)色小球)處于激勵(lì)狀

7、態(tài)即反轉(zhuǎn)分布用特定波長的光照射紅寶石，部分原子受激放出光子(黃色小球),最初光子的方向是隨機(jī)的，大部分光子逸出紅寶石外，小部分光子激發(fā)其它原子繼續(xù)放出光子即誘導(dǎo)發(fā)射誘導(dǎo)發(fā)射出的光子的一部分在紅寶石兩端平行的鏡面之間來回反射，使光強(qiáng)不斷增幅即激光共振當(dāng)光強(qiáng)增強(qiáng)到一定程度，光從部分透過性的反射鏡面處逸出成為激光半導(dǎo)體器件的發(fā)展也經(jīng)歷了從電子管半導(dǎo)體集成電路大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路的五代歷程。半導(dǎo)體晶體半導(dǎo)體是指電阻率介于典型的金屬和典型的絕緣體之間的一類物質(zhì)，其電阻率在10-2至107歐姆/厘米之間。最常見的半導(dǎo)體晶體是

8、周期表上第IV主族的硅(Si)和鍺(Ge)，此外還有III～V族的砷化鎵(GaAs)、銻化銦(InSb)和II～VI族的硒化鋅(ZnSe)等。重要的晶體指標(biāo)電子管計(jì)算機(jī)微機(jī)對比體積/立方英尺30,0000.001～106功耗/千瓦1400.00255.6×104重量/噸300.0056.0×103全面平